АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 7
1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО СНИЖЕНИЮ
ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ ПРИ РАБОТЕ ДВС В ТС 9
1.1 Проблематика снижения тепловых потерь в ДВС 9
1.2 Пути решения зарубежных и отечественных производителей 11
1.2.1 Уменьшение тепловых потерь внутри блока ДВС 11
1.2.1.1 Система Skyactiv 11
1.2.1.2 Энергосберегающие моторные масла 13
1.2.3 Реализация энергии отработавших газов 15
1.2.2.1 Установка турбонаддува 15
1.2.2.2 Термоэлектрический генератор 16
1.3 Анализ существующих исследований по внедрению
термоэлектрического генератора в выхлопную систему автомобиля 16
1.3.1 Анализ существующих моделей термоэлектрических
установок 16
1.3.1.1 Т ермоэлектрическая установка с охлаждением
термоэлементов 19
1.3.1.1.1 Термоэлектрическая установка с воздушным
охлаждением 19
1.3.1.1.2 Термоэлектрическая установка с жидкостным
охлаждением 20
1.3.1.2 Термоэлектрические установки с дополнительным
функционалом 22
I.3.1.2.1 Термоэлектрическая установка с возможностью очистки
выхлопных газов от тяжёлых примесей 22
I Т 1.2.2 Термоэлектрическая установка с возможностью
поглощения шума 26
2 ТЕОРИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА 30
2.1 Открытие эффекта термоэлектрогенерации 30
2.2 Термоэлектрический модуль 31
2.3 Определение параметров потребления энергии
электрооборудованием автомобиля 33
2.3.1 Определение параметров потребителя энергии
термоэлектрической установки 39
2.4 Определение параметров термоэлектрической установки 43
2.4.1 Расчет количества термоэлектрических модулей 50
2.4.2 Расчёт радиатора охлаждения для термоэлектрической
установки 52
2.4.3 Применение буферного накопителя энергии 55
3 БЕЗОПАСНОСТЬ ТРУДА 58
3.1 Организационные требования 58
4 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ 61
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 64
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 65
На данный момент КПД современного бензинового двигателя составляет примерно 35 процентов. Это число характеризует сколько процентов энергии от сгоревшего топлива пойдёт на полезную работу двигателя. Остальная часть энергии рассеется в виде механических потерь, топливную эффективность и тепловые потери. Тепловые потери составляют не мене 30%. А также они не реализуются в виде полезной энергии, более того компенсируются охлаждающей жидкостью и отработавшими газами.
Значительные тепловые потери оставляют большой потенциал для их преобразования в полезную энергию, что повысит общий КПД двигателя.
На данный момент, одним из наиболее эффективных методов повышения эффективности двигателя внутреннего сгорания является преобразование теплоты отработавших выхлопных газов в электрическую используя термоэлектрический генератор (ТЭГ).
Стоит обратить внимание на низкий КПД современного ТЭГ - менее 10%. Стоит отметить, что тепловые потери легкового автомобиля дают не менее 10 киловатт. Это даёт энергию, по крайней мере, для частичного покрытия потребителей электросистемы автомобиля.
Так как энергия будет уходить в сеть автомобиля, нагрузка на автомобильный генератор станет меньше. А вследствие увеличится экономия топлива.
Общая эффективность ДВС автомобиля с термоэлектрическим генератором будет зависеть от применяемых в нём конструкторско -технологических решений и режимов работы двигателя.
Определение конструктивных решений, параметров и режимов работы термоэлектрического генератора при разработке его конструкции является сложной задачей, ввиду необходимости при проектировании учитывать множество физических процессов и показателей качества.
13.03.02.2019.047.00 ПЗ Лист
7
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Необходимо учесть влияние газодинамики в проточной части, теплопроводности в корпусе термоэлектрического генератора, термоэлектрических эффектов, дополнительных потерь на функционирование установки, режимы работы двигателя автомобиля и другие факторы.
На практике способ получения электричества от выхлопных газов автомобиля термоэлектрическим генератором реализуется в центре перспективных разработок автоконцерна BMW. Термоэлектрический генератор, который установлен в седане 5-й серии способен вырабатывать до 250 ватт электроэнергии, что составляет порядка 20 процентов энергопотребления автомобиля.
Следуя из вышеизложенного, можно понять, что данная установка действительно может обеспечивать частичное покрытие энергопотребления автомобиля, снизив нагрузку на генератор, а значит и снизив расход топлива автомобиля.
В связи с целью поставлены следующие основные задачи:
1. Анализ существующих моделей термоэлектрических установок;
2. Изучение работы термоэлектрического элемента;
3. Определить конструкцию и произвести расчёт термоэлектрической установки;
4. Разработать мероприятия по обеспечению безопасности труда;
5. Технико-экономическое обоснование установки термоэлектрических элементов на выхлопную систему.
В результате проделанной работы было сделано следующее: проведен анализ существующих термоэлектрических установок, были проведены расчёты термоэлектрической установки и её охлаждения, рекомендована установка буферного накопителя и произведено технико-экономическое обоснование установки термоэлектрических модулей на автомобиль, а также разработаны мероприятия по соблюдению техники безопасности.
Основной целью данной выпускной квалификационной работы является снижение затрат на горюче-смазочные материалы с целью повышения топливной экономичности.
Рассматривая технико-экономические показатели, можно сделать вывод, что, несмотря на низкий коэффициент полезного действия термоэлектрической установки, достигается снижение затрат на горюче-смазочные материалы, что показывает экономическую целесообразность модернизации автомобиля данной установкой.
Для повышения эффективности термоэлектрической установки необходимы дальнейшие исследования.
Г одовой экономический эффект от модернизации составляет 624 рублей в год.
